[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Aminodiphenylamin (4-ADPA)
durch Hydrierung von Nitrobenzol mit Wasserstoff in Anwesenheit geeigneter Hydrierkatalysatoren
und geeigneter Basen.
[0002] 4-ADPA ist ein wichtiges Zwischenprodukt für Alterungsschutzmittel und Stabilisatoren
in der Gummi- und Polymerindustrie (Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,
4th Edition, 1992, Vol. 3, S. 424-447 und S 448-456; Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, 5th Edition, Vol A3, 1985, S 91-111).
[0003] 4-Aminodiphenylamin kann nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. Eine Möglichkeit
4-ADPA herzustellen, ist die zweistufige (Zwischenprodukt 4-Nitrodiphenylamin) Umsetzung
von Anilin bzw. Anilinderivaten mit p-Nitrochlorbenzol in Gegenwart eines Säureakzeptors
oder eines Neutralisierungsmittels und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators.
Die Herstellung nach dieser Methode ist beispielsweise beschrieben in DE-A 35 01 698,
DE-A 18 56 63, US 4 670 595, US 4 187 249, US 468 333 und US 4 187 248. Ein Nachteil
eines solchen Verfahrens ist, daß die dabei entstehenden Halogenidionen zu Korrosion
in Reaktoren und Apparaturen führen und mit beträchtlichen Kosten entsorgt werden
müssen. Außerdem müssen die Ausgangsmaterialien, wie p-Chlornitrobenzol und gegebenenfalls
die entsprechenden Formanilidderivate, in zusätzlichen Reaktionsschritten hergestellt
werden.
[0004] Um solche Nachteile zu vermeiden, hat man Anilin bzw. entsprechende Anilinderivate
mit Nitrobenzol in Gegenwart von Tetraalkylammoniumhydroxiden und in Gegenwart kontrollierter
Mengen an protischen Materialien umgesetzt. 4-ADPA wurde dabei in einer befriedigenden
Menge erhalten (siehe WO 95/00 324 und WO 93 24 450). Nachteilig bei diesen Verfahren
ist jedoch, daß zwei verschiedene Einsatzprodukt eingesetzt werden müssen und die
Reaktion mehrere Verfahrensschritte umfaßt, was weniger wirtschaftlich ist.
[0005] Es war daher wünschenswert ein Verfahren zur Herstellung von 4-ADPA zur Verfügung
zu stellen, das vom wohlfeilen Nitrobenzol ausgeht und in einem Reaktionsschritt in
technisch brauchbaren Ausbeuten zum gewünschten 4-ADPA führt.
[0006] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von
4-Aminodiphenylamin, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Nitrobenzol mit Wasserstoff
in Gegenwart von hydroxid- und/oder oxidgruppenhaltigen Basen und heterogenen Katalysatoren
sowie in Gegenwart von inerten aprotischen Lösungsmitteln bei Temperaturen von 0 bis
200°C und Drücken von 0,1 bis 150 bar hydriert.
[0007] Als für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete hydroxid- und/oder oxidgruppenhaltige
Basen kommen in Frage anorganische Basen, wie Alkalimetallhydroxide, Alkalimetalloxide,
Erdalkalimetallhydroxide, Erdalkalimetalloxide sowie die entsprechenden Hydroxide
und Oxide der Elemente 58 bis 71 des Periodensystems der Elemente (nach IUPAC, neu).
Beispielsweise werden genannt: Die Oxide und Hydroxide von Natrium, Kalium, Lithium,
Caesium, Magnesium, Kalzium, Barium, Lanthan und/oder Cer, insbesondere die Oxide
und Hydroxide von Lithium, Natrium, Kalium, Caesium, ganz besonders bevorzugt Caesiumhydroxid.
[0008] Weiterhin kommen organische Basen in Frage, wie beispielsweise quartäre Alkylammoniumhydroxide
(NR
4+OH
- mit R unabhängig voneinander für Alkyl, Aryl oder Aralkyl mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen).
Als Beispiele seien genannt: Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid,
Tetrapropylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Methyltributylammoniumhydroxid,
Methyltripropylammoniumhydroxid, Methyltriethylammoniumhydroxid, Trimethylbenzylammoniumhydroxid.
Besonders bevorzugt sind Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid,
Tetrapropylammoniumhydroxid und Tetrabutylammoniumhydroxid. Ganz besonders bevorzugt
wird Tetramethylammoniumhydroxid eingesetzt.
[0009] Selbstverständlich ist es auch möglich, die Basen in Mischungen untereinander einzusetzen.
Das jeweils günstigste Mischungsverhältnis kann dabei leicht durch entsprechende Vorversuche
ermittelt werden.
[0010] Weiterhin ist es möglich, die anorganischen Basen in Verbindung mit Phasentransferkatalysatoren
einzusetzen. Geeignete Phasentransferkatalysatoren sind beispielsweise beschrieben
in W.E. Keller, Fluka-Kompendium, Bd. 1, 2, 3, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1986,
1987, 1992. Beispielsweise können die zuvor erwähnten Basen mit Kronenether, wie 18-Krone-6
oder quartären Ammoniumverbindungen, zusammen eingesetzt werden.
[0011] Die erfindungsgemäß einzusetzenden Basen können einen Wassergehalt von bis zu 6 mol
Wasser, bevorzugt bis zu 3 mol Wasser, besonders bevorzugt bis zu 2,5 mol Wasser,
bezogen auf ein Mol Base, besitzen. Ein höherer Wassergehalt verschlechtert im allgemeinen
die Ausbeuten.
[0012] Die erfindungsgemäßen Basen können dem Reaktionsgemisch in fester Form, als Schmelze
oder als Lösung oder Gemisch, z.B. in Nitrobenzol oder in einem aprotischen Lösungsmittel
oder in einer Mischung aus Nitrobenzol und einem oder mehreren aprotischen Lösungsmitteln
zugesetzt werden.
[0013] Die Basen werden dabei in einer Menge von 0,01 bis 3, bevorzugt 0,1 bis 2, insbesondere
0,3 bis 1,5, Äquivalenten pro Mol Nitrobenzol eingesetzt.
[0014] Als inerte aprotische Lösungsmittel kommen aromatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis
20 Kohlenstoffatomen, lineare oder cyclische Ether mit bis zu 5 Sauerstoffatomen und
2 bis 16 Kohlenstoffatomen, aromatische halogenierte Kohlenwasserstoffe mit 6 bis
20 Kohlenstoffatomen sowie Amide mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in Frage. Selbstverständlich
können die erwähnten Lösungsmittel im Gemisch untereinander eingesetzt werden. Als
geeignete Lösungsmittel werden insbesondere genannt: Benzol, Toluol, Xylol, tert.-Butylmethylether,
tert.-Amylmethylether, Diisopropylether, Diethylenglykoldimethylether, Glycoldimethylether,
Dioxan, Tetrahydrofuran, Diamylether, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Dimethylformamid,
Dimethylacetamid und N-Methylpyrolidinon. Bevorzugt werden eingesetzt, Toluol, Xylol,
Glykoldimethylether, tert.-Butylmethylether, Diisopropylether, Diethylenglykoldimethylether,
insbesondere tert.-Butylmethylether und Toluol. Die Menge an Lösungsmittel ist für
das erfindungsgemäße Verfahren nicht kritisch. Die geeignetste Menge kann ebenfalls
leicht durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden. Die Lösungsmittelmenge hängt
insbesondere ab von der Reaktionstemperatur und von der Art und Menge der eingesetzten
Basen und Katalysatoren. Üblicherweise werden die Lösungsmittel in Mengen von 1 bis
99 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 90 Gew.-%, bezogen
auf die Gesamtmenge der Reaktionsmischung, eingesetzt.
[0015] Als heterogene Katalysatoren eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren praktisch
alle heterogenen Katalysatoren, die für Hydrierungsreaktionen bekannt sind. Die erfindungsgemäßen
Katalysatoren umfassen Metalle der 8-10 Gruppe des Periodensystems (nach IUPAC, neu)
oder Kupfer und/oder Chrom auf geeignetem Träger mit einem Metallgehalt von 0,01 bis
50 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Erfindungsgemäß können Katalysatoren eingesetzt werden, die eines oder mehrere der
obengenannten Metalle enthalten. Die angegebenen Gewichtsanteile gelten bei Anwesenheit
mehrerer Elemente für die Summe der Einzelanteile. Bevorzugte Metalle sind insbesondere
Platin, Palladium und Rhodium, besonders bevorzugt sind Platin und Palladium. Weitere
bevorzugte Katalysatoren sind Raney-Nickel und geträgerte Nickelkatalysatoren.
[0016] Erfindungsgemäß können auch die obengenannten Metalle oder ihre Verbindungen in reiner
Form als Feststoff eingesetzt werden. Als Beispiele für ein Metall in reiner Form
seien Palladium- und Platinschwarz genannt.
[0017] Die Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren kann nach den verschiedensten
Methoden erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind. So können Lösungen einer oder mehrerer
der genannten Metallverbindungen, beispielsweise durch Tränken, Adsorption, Tauchen,
Sprühen, Imprägnieren und Ionenaustausch auf den erfindungsgemäß einzusetzenden Katalysatorträger
gebracht werden. Dem Katalysator können in bekannter Art und Weise weitere Elemente
zugefügt werden. Es ist weiterhin möglich, ein oder mehrere der genannten Metalle
durch Fällung mit einer Base auf dem Träger zu fixieren. Als Base kommen z.B. (Erd-)Alkalimetallhydroxide
in Frage. Ein oder mehrere Metalle können sowohl in beliebiger Reihenfolge nacheinander
als auch gleichzeitig auf den Träger gebracht werden. Eine spezielle Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet das Aufbringen des Metalls durch Fällung eines Metallhalogenids
oder einer Metallhalogenid-Komplexverbindung mit einer geeigneten Base und Reduktion
der Metallverbindung zum Metall. Bei der Herstellung der Träger mittels eines Sol-Gel-Verfahrens
können in einer Ausführungsform Lösungen einer oder mehrerer der genannten Metallverbindungen
in dem Fachmann bekannter Weise bereits dem Sol zugesetzt werden.
[0018] Geeignete Materialien für die erfindungsgemäße Verwendung als Katalysatorträger sind
alle technisch üblichen Katalysatorträger auf der Basis Kohlenstoff Elementoxiden,
Elementcarbiden oder Elementsalzen in verschiedenen Anwendungsformen. Beispiele für
kohlenstoffhaltige Träger sind Koks, Graphit, Ruß oder Aktivkohlen. Beispiele für
Elementoxid-Katalysatorträger sind SiO
2 (natürliche oder synthetische Kieselsäure, Quarz), Al
2O
3 (α-, γ-Al
2O
3), Tonerden, natürliche und synthetische Alumosilicate (Zeolithe), Schichtsilikate,
wie Bentonit und Montmorillonit, TiO
2 (Rutil, Anatas), ZrO
2, MgO oder ZnO. Beispiele für Elementcarbide und -salze sind SiC, AlPO
4, BaSO
4, CaCO
3. Grundsäztlich können sowohl synthetische Materialien als auch Träger aus natürlichen
Quellen, wie z.B. Bimsstein, Kaolin, Bleicherden, Bauxite, Bentonite, Kieselgur Asbest
oder Zeolithe, verwendet werden.
[0019] Weitere brauchbare Träger für die erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren sind
Elementmischoxide und Oxidhydrate von Elementen der Gruppen 2 bis 16 des Periodensystems
sowie der Seltenerdmetalle (Atomnummern 58 bis 71), bevorzugt aus den Elementen Al,
Si, Ti, Zr, Zn, Mg, Ca, Zn, Nb und Ce, die u.a. auf dem Weg über mechanische Vermischungen,
gemeinsame Fällungen von Salzen oder über Cogele aus Salzen und/oder Alkoxiden hergestellt
werden können, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
[0020] Die Träger können sowohl im Sinne chemisch einheitlicher Reinsubstanzen als auch
im Gemisch eingesetzt werden. Für die erfindungsgemäße Verwendung als Katalysatorträger
eignen sich sowohl stückige als auch pulverförmige Materialien. Für den Fall der Anordnung
des Träger-Katalysators als Festbett wird der Träger vorzugsweise als Formkörper,
z.B. als Kugeln, Zylinder, Stäbchen, Hohlzylinder, Ringe usw. eingesetzt. Wahlweise
können Katalysatorträger weiter durch Extrudieren, Tablettieren, gegebenenfalls unter
Zumischen weiterer Katalysatorträger oder Bindemittel, wie SiO
2 oder Al
2O
3, und Kalzinieren modifiziert werden. Die innere Oberfläche der Träger (BET-Oberfläche)
liegt bei 1 bis 2 000 m
2/g, bevorzugt bei 10 bis 1 600 m
2/g, ganz besonders bevorzugt bei 20 bis 1 500 m
2/g. Darstellung und Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatorträger
sind dem Fachmann wohl bekannt und Stand der Technik.
[0021] Bevorzugt werden Aktivkohlen und Si-, Al-, Zr- und Ti-haltige Materialien als Trägermaterialien
eingesetzt, besonders bevorzugt sind Aktivkohle sowie silizium- und aluminiumhaltige
Träger.
[0022] Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können in diskontinuierlichen Verfahrensvarianten
in Mengen von 0,01 bis 20 Gew.-% bezogen auf eingesetztes Nitrobenzol verwendet werden,
bevorzugt in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%. Bei kontinuierlicher Durchführung der
Reaktion, beispielsweise in einem Rührkessel mit einem pulverförmigen Katalysator
oder in der Rieselphase am Festbettkatalysator, können Belastungen von 0,01 bis 500
g Nitrobenzol pro g Katalysator und Stunde verwendet werden. Bevorzugt sind Belastungen
von 0,02 bis 300 g Nitrobenzol pro g Katalysator und Stunde.
[0023] Die Reaktionstemperaturen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren betragen bevorzugt
0 bis 200°C, insbesondere 40 bis 150°C; die Drücke (Wasserstoffdruck) liegen bei 0,1
bis 150 bar, insbesondere 0,5 bis 70 bar, ganz besonders bevorzugt 1 bis 50 bar.
[0024] Es ist möglich, die Reaktion bei einer konstanten Temperatur und bei konstantem Wasserstoffdruck
durchzuführen; Wasserstoffdruck und Temperatur können aber auch im Verlauf der Reaktion
geändert werden bzw. in verschiedenen Reaktoren verschieden sein. Bei der diskontinuierlichen
Durchführung können Nitrobenzol, Katalysator, Lösungsmittel und Base in beliebiger
Reihenfolge in den Reaktor gefüllt werden. Die Wasserstoffzuführ kann nach einer bestimmten
zugeführten Menge abgebrochen und gegebenenfalls später wieder fortgesetzt werden.
[0025] Kontinuierliche Verfahrensvarianten sind beispielsweise die Hydrierung in der Sumpfphase
mit einem pulverförmigen suspendierten Katalysator (Slurry), die Hydrierung in der
Rieselphase am Festbett-Katalysator oder die Hydrierung mit einem suspendierten Katalysator
in einer Blasensäule. Die Reaktion kann in den dem Fachmann bekannten Apparaten zur
Kontaktierung von Fest-, Flüssig- und Gasphasen durchgeführt werden. Insbesondere
kommen hier Rührkessel, Umpumpreaktoren, Busreaktoren, im Gleich- oder Gegenstrom
betriebene Blasensäulen oder Rieselphasenreaktoren oder Kaskaden dieser Reaktoren,
in Frage, wobei die verschiedenen Reaktortypen auch gleichzeitig in einer Kaskade
vorkommen können.
[0026] Wird der Katalysator als Pulver in der Sumpfphase eingesetzt, sind zur Vermischung
der Reaktionskomponenten, die zu verwendenden Rührbehälter mit dafür brauchbaren Rührern
ausgestattet. Möglich sind der Einsatz von Flügel-, MIG-, Propeller-, Anker- oder
Begasungsrührer.
[0027] Es ist besonders überraschend, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend
von Nitrobenzol in einer katalytischen Hydrierreaktion in technisch guten Ausbeuten
(>20 % der Theorie) 4-Aminodiphenylamin herstellen kann. Dies überrascht um so mehr,
da es bisher nicht gelang, durch katalytische Hydrierung von Nitrobenzol 4-Aminodiphenylamin
in merklichen Mengen zu erhalten. Es ist nämlich bekannt, daß bei der katalytischen
Hydrierung von Nitrobenzol insbesondere Anilin, Azoxybenzol, Azobenzol sowie Hydrazobenzol
erhalten werden (siehe z.B. Ullmann 5th Ed. Vol. A2, 1985, S. 303-311; S.C. Karwa,
Ind. Eng. Chem. Res. 27, 22 (1988); J. Wisniak, Ind. Eng. Chem. Res. 1984, 23, 44-50;
US 5 420 354). Erst mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, wie bereits
ausgeführt, gezielt 4-Aminodiphenylamin in technisch interessanten Ausbeuten zu erhalten.
[0028] Darüber hinaus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Stoffe sind Zwischenprodukte
der Hydrierung von Nitrobenzol zu Anilin und lassen sich restlos in Anilin überführen,
welches ebenfalls ein wertvolles Ausgangsprodukt für die Synthese vieler industrieller
Endprodukte ist.
Beispiele
[0029] In den folgenden Beispielen wurden die Reaktionsprodukte gaschromatographisch (Permabond
SE-52-DF-0,25; 25m x 0,32mm ID) mit dem internen Standard Methylstearat bzw. mittels
quantitativer HPLC analysiert. Der Umsatz an Nitrobenzol war in allen beschriebenen
Versuchen vollständig. Aufarbeitung und Probenpräparation wurde unter Stickstoff durchgeführt.
Die angegebenen Hydrierdrücke im Autoklav wurden bei reaktionsbedingtem Druckabfall
von Hand nachgeregelt.
[0030] Die Tetramethylammoniumhydroxid-Hydrate (TMAOH · xH
2O) wurden wie folgt hergestellt: Handelsübliches Pentahydrat (Fa. Aldrich) oder 25
% wässrige Lösung (Fa. Aldrich) wurden bei 80°C im Wasserstrahlvakuum und danach im
Pumpenvakuum oder im Exsiccator über Phosphorpentoxid Wasser entzogen. Der erreichte
Wassergehalt wurde durch Säure-Titration festgestellt. Der Wassergehalt des jeweils
eingesetzten Materials ist in den Ansätzen spezifiziert.
Herstellung der Katalysatoren A, B, C
Katalysator A (Pt-Katalysatoren)
[0031] Das Trägermaterial wurde 2 h bei 350°C im Muffelofen ausgeheizt und in einen 250
ml Kolben überführt. Am Rotationsverdampfer wurde zum Trägermaterial eine verdünnte
wäßrigen Lösung von H
2PtCl
6 gegeben (Durch Verdünnen einer wäßrigen H
2PtCl
6-Lösung mit 25 % Platingehalt hergestellt). Die Wassermenge war so gewählt worden,
daß sie komplett vom Träger aufgenommen wurde (

incipient wetnet"). Anschließend wurde der größte Teil des Wassers bei 60°C im Vakuum
abdestilliert, der Katalysator 16 h bei 120°C bei einem Druck <1 mbar getrocknet und
in einem Strom von 10 Vol-% Wasserstoff in Stickstoff für 24 h bei 300°C reduziert.
Der Pt-Gehalt wurde mittels Elementaranalyse bestimmt.
| Bsp.Nr |
Typ |
Träger |
BET m2/g |
Träger (g) |
 Pt" |
 H2O" |
 Pt%" |
| A1 |
SiO2 |
Grace Type 432 |
320 |
50,0 |
2,02 |
90,0 |
0,84 |
| A2 |
TiO2 |
Degussa P25 |
50 |
30,8 |
1,22 |
93,5 |
1,04 |
| A3 |
ZrO2 |
Degussa VP ZrO2 |
40 |
28,8 |
1,19 |
60,7 |
1,05 |
| A4 |
Al2O3 |
Rhone-Poulenc SPH509 |
335 |
30,0 |
1,23 |
71,0 |
0,96 |
| A5 |
Al2O3/SiO2 (1,2% Al) |
Grace Typ III/10 |
345 |
30,2 |
1,23 |
86,4 |
1,03 |
| A6 |
SiO2/ZrO2 (3,9% Zr) |
Grace SP2-8402.01 |
306 |
50,0 |
2,08 |
158,0 |
0,98 |
 Pt": Menge an H2PtCl6-Lösung (25% Pt-Gehalt);
 H2O": Menge an zugegebenem Wasser; Pt%: Platingehalt des fertigen Katalysators in Gew.-% |
Katalysator B (Pt/Aktivkohle)
[0032] 475 g Aktivkohle (Norit-B-Supra, Fa. Norit) wurden in 2 600 ml entionisiertem Wasser
aufgeschlämmt, die Mischung auf 50°C erwärmt und mit einer Lösung von 87,5 g Natriumformiat
in 400 ml entionisiertem Wasser versetzt. In 30 Minuten wurde eine Mischung aus 100
g einer H
2PtCl
6-Lösung (25 Gew.-% Pt) und 400 ml entionisiertem Wasser zugetropft und eine Stunde
bei 50°C nachgerührt. Anschließend wurde der Katalysator abgesaugt, gewaschen und
im Vakuum getrocknet.
Katalysator C (Rh/Pd/Pt-Katalysator)
[0033] 100 g γ-Al
2O
3-Kugeln (SPH501, Rhone Poulenc) wurden mit einer Lösung aus 0,421 g PdCl
2, 0,674 g RhCl
3 x 4 H
2O und 2,02 g einer wäßrigen H
2PtCl
6-Lösung (Pt-Gehalt 25 %) in 2,66 g konz. HCl und 36,3 g destilliertem H
2O getränkt, bis die Flüssigkeit vollständig aufgesaugt war. Anschließend wurde der
Katalysator 5 Minuten bei 50°C im Wirbelstrom getrocknet, und 24 h bei 375°C in einem
Strom von 10 Vol-% Wasserstoff in Stickstoff reduziert.
A) Vergleichbeispiele:
[0034] Die Vergleichsbeispiele demonstrieren, daß Umsetzungen in protischen Lösungsmitteln
nicht in nennenswerten Maße zu 4-ADPA führen:
Vergleichsbeispiel 1: Umsetzung in alkoholischer Lösung:
[0035] 960 ml Ethanol, 63.6 g TMAOH · 2.0 H
2O, 132,0 g Nitrobenzol (1.1 mol) und 4,8 g Pt/C - Katalysator B wurden in dem stickstoffgespülten
Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren und Kühlen wurden 5 bar Wasserstoff aufgedrückt
und 3 h 45 min hydriert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch filtriert und bei
max. 70°C und leichtem Vakuum das Ethanol am Rotationsverdampfer abgezogen.
[0036] Das eingeengte Reaktionsgemisch wurde in einem Scheidetricher mit 500 ml Toluol versetzt
und dreimal mit 1000 ml dest. Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde im Vakuum
einrotiert und analysiert. Gehalt an 4-ADPA: <1 g.
Vergleichsbeispiel 2: Umsetzung in wässriger Lösung
[0037] Eine Lösung von 90 g Tetramethylammoniumhydroxid (1 mol TMAOH) in 960 ml Wasser wurde
zusammen mit 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 4,8 g Pt/C (Katalysator B) in einem
stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren und bei 80°C wurde mit 4 bar
Wasserstoff 370 min hydriert. Anschließend wurde die Mischung auf 50°C abgekühlt,
unter Stickstoff filtriert und mit 1 000 ml Toluol versetzt. Das Gemisch wurde in
einen Scheidetrichter überführt, geschüttelt und die Phasen getrennt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml Wasser extrahiert. Die organische
Phase wurde bei max. 70°C im Vakuum einrotiert. Der Rückstand wurde ausgewogen und
analysiert: Er enthielt kein 4-ADPA.
B) Lösungsmitteleinfluß
[0038] Folgende Versuche demonstrieren die Vielfalt der einsetzbaren aprotischen Lösungsmittel
Beispiel 1 (tert.-Butylmethylether)
[0039] 960 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/Powder Carbon
S-95-386, E169 Mallinckrodt) wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt.
Unter Rühren wurde bei 80°C mit 5 bar Wasserstoff 9 h hydriert. Dann wurde auf 50°C
abgekühlt und das Reaktionsgemisch unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit dem
Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate wurden
in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt. Nach der Phasentrennung wurde
die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 mi dest. Wasser extrahiert. Das Lösungsmittel
wurde abdestilliert und der Rückstand einer Vakuumdestillation unterzogen. Die Fraktion,
die bei 11 bis 12 mbar und 160 bis 166°C überging, enthielt 23,1 g 4-ADPA (Selektivität:
22,8 %).
Beispiel 2 (Toluol)
[0040] 960 ml Toluol, 127,0 g, TMAOH · 2.15 H
2O (0,98 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 4,8 g Pt/C-Katalysator B wurden in
einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren wurde bei 80°C mit 5
bar Wasserstoff 2 h hydriert. Anschließend wurde auf 50°C abgekühlt. Das Reaktionsgemisch
wurde unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit dem Waschwasser (ca. 2 000 ml),
mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate wurden in einem
Scheidetrichter vereinigt, 500 ml Toluol und NaCl zugesetzt und geschüttelt. Die organische
Phase wurde noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert und bei max. 70°C
im Vakuum einrotiert. Der Rückstand wurde gemörsert und bei einem Vakuum <1 mbar destilliert.
Bei 136°C bis 157°C destillierte ein Produkt über. Nach GC -Analytik enthielt das
Destillat 11.5 g 4-ADPA (Selektivität: 11,4 %).
Beispiel 3 (tert.-Butylmethylether)
[0041] 960 ml tert.-Butylmethylether, 128,0 g TMAOH · 2.15 H
2O (0,98 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) 4,8 g Pt/C-Katalysator B wurden in dem
stickstoffgespülten Autoklav vorgelegt. Unter Rühren (800 U/min.) wird 4 h 40 min
mit 5 bar Wasserstoff bei 80°C hydriert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch auf
50°C abgekühlt und unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit dem Waschwasser (ca.
2 000 ml), mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate wurden
in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt. Die organische Phase wurde noch
zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die erste wässrige Phase wurde mit
500 ml Toluol extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt und mittels GC analysiert.
Ausbeute: 15,8 g 4-ADPA (Selektivität: 15,6 %).
Beispiel 4 (Diisopropylether)
[0042] 960 ml Diisopropylether, 125,4 g TMAOH · 1.9 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 4,8 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1) wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt und auf 80°C
temperiert. Unter Rühren (800 U/min.) wird bei 80°C 10,5 h mit 5 bar Wasserstoff bei
80°C hydriert. Anschließend wurde auf 50°C abgekühlt. Das Gemisch wurde mit 2 l Wasser
und ca. 800 ml Toluol aus den Autoklaven herausgelöst und unter Stickstoff abfiltriert.
Die vereinigten Filtrate wurden anschließend im Scheidetrichter geschüttelt. Die organische
Phase wurde noch zweimal mit jeweils 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die organische
Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert. Ausbeute: 17,8 g 4-ADPA (Selektivität:
17,6 %).
Beispiel 5 (tert.-Butylmethylether/Toluol)
[0043] 960 ml tert.-Butylmethylether/Toluol, 1:1, (V:V) 127,0 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1) wurden in dem stickstoffgespülten Autoklav vorgelegt. Mit 5 bar Wasserstoff
wurde 5 h 15 min bei 80°C hydriert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch auf 50°C
abgekühlt und unter Stickstoffüberlagerung filtriert. Ebenso wurde mit 2 l Waschwasser,
mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate wurden vereinigt
und in einem Scheidetrichter geschüttelt. Nach der Phasentrennung wurde die organische
Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde
mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 16,0 g 4-ADPA (Selektivität: 15,9 %).
Beispiel 6 (Diglyme)
[0044] 960 ml Diethylenglykoldimethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Katalysator (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wird 3 h 40 min mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch und 2 l Waschwasser,
mit dem der Autoklav ausgespült worden war, wurden vereinigt, mit 1 000 ml Toluol
versetzt, geschüttelt und unter Stickstoff filtriert. Das Filtrat wurde in einem Scheidetrichter
geschüttelt. Nach der Phasentrennung wurde die organische Phase noch zweimal mit je
1 000 ml dest.Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 12,1 g 4-ADPA (Selektivität: 11,9 %).
Beispiel 7 (tert.-Amylmethylether)
[0045] 960 ml tert.-Amylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wird 8 h 30 min mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff
filtriert. Ebenso wurde mit dem dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden
war, verfahren. Die Filtrate wurden in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt.
Die abgetrennte organische Phase wurde noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert.
Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert. Ausbeute: 14,2 g 4-ADPA
(Selektivität: 14,0 %).
C) Basenvariation
[0046] Folgende Versuche demonstrieren, daß verschiedene Basenmengen mit verschiedenen Hydratmengen
geeignet sind.
Beispiel 8 (1 mol TMAOH-Dihydrat)
[0047] 960 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol), 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wird 7 h 10 min mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff
filtriert. Ebenso wurde mit dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden
war, verfahren. Die Filtrate wurden in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt.
Nach der Phasentrennung wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest.
Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 17,2g 4-ADPA (Selektivität: 17,0 %).
Beispiel 9 (½ Mol TMAOH-Dihydrat)
[0048] 960 ml tert.-Butylmethylether, 63,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (0,5 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wird 6 h mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff
filtriert. Ebenso wurde mit dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden
war, verfahren. Die Filtrate wurden vereinigt und in einem Scheidetrichter geschüttelt.
Nach der Phasentrennung wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest.
Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 10,5 g 4-ADPA (Selektivität: 10,4 %).
Beispiel 10 (2 Mol TMAOH-Dihydrat)
[0049] 960 ml tert.-Butylmethylether, 255,0 g TMAOH · 2.0 H
2O (2,0 mol Base), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1) wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wird 7 h 30 min mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Im Reaktionsgemisch enthaltener ungelöster
Feststoff wurde mit 1 000 ml Wasser und 300 ml Toluol gelöst. Dann wurde die Lösung
ebenso wie das Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, unter Stickstoff
filtriert. Das Filtrat wurde in einem Scheidetrichter geschüttelt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die
organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 18,07 g 4-ADPA (Selektivität: 17,8 %).
Beispiel 11 (1 Mol TMAOH-Dihydrat + 1 Mol Wasser)
[0050] 960 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol), 18 g dest. Wasser und 2,4 g Pd/C - Katalysator
(5 % Pd/C-Katalysator aus Beispiel 1) wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven
vorgelegt. Unter Rühren wurden 5 bar Wasserstoff aufgedrückt. Bei 80°C wird 10 h 30
min mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff filtriert.
Ebenso wurde mit dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren.
Die Filtrate wurden vereinigt und in einem Scheidetrichter geschüttelt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die
organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 10,4 g 4-ADPA (Selektivität: 10,3 %).
Beispiel 12 (1 Mol TMAOH-1.5 H2O )
[0051] 960 ml tert.-Butylmethylether, 118,2 g TMAOH · 1.5 H
2O (1,0 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren
wurden 5 bar Wasserstoff aufgedrückt. Bei 80°C wird 6 h 30 min mit 5 bar Wasserstoff
hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit
dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate
wurden vereinigt und in einem Scheidetrichter geschüttelt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die
organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 15.0 g 4-ADPA (Selektivität: 14,8 %).
D) Höhere Konzentrationen:
Beispiel 13
[0052] 480 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 1.5 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 4,8 g Pd/C - Katalysator (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren
wurden 5 bar Wasserstoff aufgedrückt. Bei 80°C wird 4 h 45 min mit 5 bar Wasserstoff
hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit
dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate
wurden vereinigt und in einem Scheidetrichter geschüttelt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die
organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 18.0 g 4-ADPA (Selektivität: 17,8 %).
E) Temperatur- und Druckvariation
[0053] Folgende Beispiele demonstrieren benutzbare Temperaturen und Drücke.
Beispiel 14 (60°C)
[0054] 820 ml Toluol, 110 g TMAOH · 2.1 H
2O (0,85 mol), 113 g Nitrobenzol (0,92 mol) und 4,1 g Pt/C - Katalysator B wurden in
einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Unter Rühren wurden 6 h mit 5 bar
Wasserstoff hydriert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch auf 50°C abgekühlt und
unter Stickstoff filtriert. Ebenso wurde mit dem Waschwasser, mit dem der Autoklav
ausgespült worden war, verfahren. Die Filtrate wurden in einem Scheidetrichter vereinigt
und geschüttelt. Nach der Phasentrennung wurde die organische Phase noch zweimal mit
je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die organische Phasen wurden vereinigt und mittels
GC analysiert.
Ausbeute: 8,2 g 4-ADPA (Selektivität: 8,1 %).
Beispiel 15 (100°C)
[0055] 960 ml Toluol, 128,9 g TMAOH · 2.1 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 4,8 g Pt/C - Katalysator B wurden in
einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 100°C wird 1 h 55 min mit 5 bar
Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde gemeinsam mit dem Waschwasser unter
Stickstoff filtriert, mit 500 ml Toluol versetzt und im Scheidetrichter geschüttelt.
Die organische Phase wurde noch zweimal mit jeweils 1 000 ml dest. Wasser extrahiert.
Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 14,4 g 4-ADPA (Selektivität: 14,2 %).
Beispiel 16: (100°C)
[0056] 960 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wurde 5 h mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Der Autoklav wurde mit 2 l Wasser gereinigt
und das Reaktionsgemisch wurde mit dem Waschwasser und 200 ml Toluol filtriert unter
Stickstoff. Die separierte organische Phase wurde noch zweimal mit jeweils 1 000 ml
dest. Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 16,8 g 4-ADPA (Selektivität: 16,6 %).
Beispiel 17: (10 atm)
[0057] 960 ml tert.-Butylmethylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132,0 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 1,2 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator
aus Beispiel 1) wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C
wurde 12,5 h mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Der Autoklav wurde mit 2 l Wasser gereinigt
und das Reaktionsgemisch wurde mit dem Waschwasser und 200 ml Toluol filtriert unter
Stickstoff. Die separierte organische Phase wurde noch zweimal mit jeweils 1 000 ml
dest. Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 16,8 g 4-ADPA (Selektivität: 16,6 %).
Beispiel 18: (50 atm) Dieser Versuch demonstriert ebenfalls, daß auch hohe Konzentrationen
geeignet sind
[0058] 246 g tert.- Butylmethylether, 250,7 g TMAOH · 1.9 H
2O (2,0 mol), 246,0 g Nitrobenzol und 4,8 g Pd/C - Kat. (5 % Pd/C-Katalysator aus Beispiel
1), wurden stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C wurde 24 h mit 50 bar
Wasserstoff hydriert. Nach Zugabe von 400 ml Toluol wurde der Ansatz zusammen mit
dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, unter Stickstoff filtriert.
Die Filtrate wurden in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt. Die organische
Phase wurde noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert und mittels GC analysiert.
Ausbeute: 28,8 g 4-ADPA (Selektivität: 14,2 %).
F) Variation der Katalysatoren
[0059] Folgende Beispiele demonstrieren die Verwendung verschiedener Katalysatoren und Katalysatormengen.
Darüber hinaus demonstrieren sie die Durchführbarkeit der Reaktion bei Normaldruck.
Beispiele 19 - 35 (Normaldruckhydrierungen)
[0060] In einem mit Stickstoff gespülten 250 ml Planschlifftopf mit Begasungsrührer wurden
75 ml Diethylenglykoldimethylether oder 48 g Toluol, 7,03 g TMAOH · 2.0 H
2O, und der pulverförmige Katalysator vorgelegt und auf 80°C erwärmt. Nach Erreichen
dieser Temperatur wurde der Stickstoff bei Normaldruck durch einen Wasserstoffstrom
von 25 l/h ersetzt und gleichzeitig 6,77 g Nitrobenzol zugegeben. Nach 120 min wurde
eine Probe entnommen, filtriert, mit Essigsäure neutralisiert und mittels quantitativer
Gaschromatografie analysiert. Der Umsatz an Nitrobenzol war in allen Versuchen vollständig.
Die Ergebnisse sind in untenstehender Tabelle wiedergegeben.
| Bsp. |
Katalysator |
Katalysator Menge [g] |
LM |
S |
| 19 |
5% Pd/C, Engelhard, Code 3230 Lot 2942 |
0,2 |
T |
25,8 |
| 20 |
5% Pd/C, Engelhard, Code 3230 Lot 2942 |
0,1 |
T |
23,8 |
| 21 |
5% Pd/C (Aldrich) |
0,5 |
D |
14,8 |
| 22 |
10% Pd/C (Aldrich) |
0,25 |
D |
12,2 |
| 23 |
5% Pt/C, Mallinkrodt, S-95-38b, E169 |
0,5 |
D |
18,1 |
| 24 |
Katalysator B |
0,25 |
D |
24,7 |
| 25 |
Katalysator B |
0,5 |
T |
17,6 |
| 26 |
5% Rh/Al2O3 (Aldrich) |
0,5 |
D |
17,0 |
| 27 |
5% Pd/BaSO4 (Aldrich) |
0,5 |
D |
17,8 |
| 28 |
5% Pd/BaCO3 (Aldrich) |
0,5 |
D |
14,4 |
| 29 |
Katalysator A1 |
2.3 |
D |
22,4 |
| 30 |
Katalysator A2 |
2,4 |
D |
19,1 |
| 31 |
Katalysator A3 |
2,6 |
D |
21,8 |
| 32 |
Katalysator A4 |
2,6 |
D |
23,6 |
| 33 |
Katalysator A5 |
2,4 |
D |
16,7 |
| 34 |
Katalysator A6 |
1,0 |
D |
23,5 |
| 35 |
Katalysator C |
2,1 |
D |
20,8 |
| LM: Lösungsmittel, D: Diglyme, T: Toluol, S: Selektivität zu 4-ADPA in Mol% bez. auf
Nitrobenzol. |
Beispiel 36 (Rhodium/C-Katalysator, Druckreaktion)
[0061] 960 ml tert. Butyl-methylether, 127,5 g TMAOH · 2.0 H
2O (1,0 mol), 132 g Nitrobenzol (1,1 mol) und 2,4 g (5 % Rh/C, Merck; Best. Nr. 818
851), wurden in einem stickstoffgespülten Autoklaven vorgelegt. Bei 80°C wird 6 h
mit 5 bar Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde unter Stickstoff filtriert.
Ebenso wurde mit dem Waschwasser, mit dem der Autoklav ausgespült worden war, verfahren.
Die Filtrate wurden in einem Scheidetrichter vereinigt und geschüttelt. Nach der Phasentrennung
wurde die organische Phase noch zweimal mit je 1 000 ml dest. Wasser extrahiert. Die
organische Phase wurde mittels GC und HPLC analysiert.
Ausbeute: 13,6 g 4-ADPA (Selektivität: 13,4 %).